CN108230812A - 用于共享教育的给水管网远程实验***及方法 - Google Patents
用于共享教育的给水管网远程实验***及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于共享教育技术领域,具体涉及一种用于共享教育的给水管网远程实验***,包括至少一个给水管网综合实验装置、管理服务器、至少一个用户终端,所述给水管网综合实验装置包括立体管网设备、执行设备、数据采集设备、图像采集设备、工控机,所述数据采集设备设置于立体管网设备上,所述执行设备、数据采集设备、图像采集设备分别与工控机连接;所述管理服务器包括处理模块、存储模块,所述存储模块与所述处理模块连接,所述处理模块与工控机连接;所述用户终端包括显示屏和操作设备,所述显示屏和操作设备分别与处理模块连接。本发明实现了实验资源的社会共享,弥补了共享教育实践环节的不足,充分突现了共享教育的特色。
Description
技术领域
本发明属于共享教育技术领域,具体涉及一种用于共享教育的给水管网远程实验***及方法。
背景技术
给水***包括水源、取水设施、给水处理设施、供水泵站、给水管网、用水设施等环节。显然供水泵站、给水管网是给水***不可或缺的环节;检测仪表与控制***是给水***安全、节能运行的必要保障。高校的给排水科学与工程专业一般需进行水泵性能曲线实验、水泵调速运转实验、管网平差实验、管网节能调度实验、检测仪表演示实验、管网***控制实验、管网仿真模拟参数调试等多项实验。由于给水管网综合实验装置占地面积较大,很多高校并未购置相关实验设备,而且目前实验设备的操作控制均在设备所在地进行,学生需要进行实验时,必须到实验室进行现场操作。这就导致购置了实验设备的高校仅能为本地学生提供实验机会,实验资源得不到充分的利用,而在缺乏实验条件的地区却无法开展实验,学生缺乏动手机会,不能掌握实验的操作能力。
随着互联网的广泛普及,越来越多的人们基于互联网进行各种活动,如通过互联网工作、学习或娱乐,丰富了人们的生活。目前出现了基于互联网进行远程实验的方案,人们在互联网上进行科学实现,提高了工作效率。
现有技术中,基于互联网的远程实验方案主要是采用软件仿真实验平台进行网上仿真或虚拟实验,这种方案的实验现象和数据都是在理想情况下由软件计算得到的,完全由软件来虚拟化实验环境,不具有实验过程中应有的真实性,每次实验过程都一模一样,不能模拟实际情况中存在的各种干扰因素和误差,实验效果难以比拟真实实验,对学生创新能力和发现问题意识的培养不利。
因此,发明人希望能够通过互联网技术实现给水管网实验设备的远程控制,为国内缺乏该实验条件的高校的给排水科学与工程专业的学生服务,通过远程实验,达到教学目的,实现共享教育理念。
发明内容
本发明的目的是将给水管网综合实验装置作为共享教育资源开放,让学生通过远程操作,完成给水管网实验的学习。
为实现上述目的,本发明提供了一种用于共享教育的给水管网远程实验***,包括至少一个给水管网综合实验装置、管理服务器、至少一个用户终端,
所述给水管网综合实验装置包括立体管网设备、执行设备、数据采集设备、图像采集设备、工控机,所述数据采集设备设置于立体管网设备上,所述执行设备、数据采集设备、图像采集设备分别通过有线通信方式与工控机连接;
所述管理服务器包括处理模块、存储模块,所述存储模块与所述处理模块连接,所述处理模块与所述工控机通过无线通信方式连接;
所述用户终端包括显示屏和操作设备,所述显示屏和操作设备分别通过无线通信方式与所述处理模块连接。
进一步的,所述执行设备包括电磁阀、变频水泵。
进一步的,所述数据采集设备包括设置在立体管网设备给水管或者节点上的电磁流量计、压力传感器。
进一步的,所述图像采集设备为固定于管网支架上的摄像机,所述摄像机通过管网支架与所述工控机连接。
进一步的,所述操作设备为鼠标、键盘或触摸屏。
进一步的,所述无线通信方式为蓝牙或2/3/4G运营商网络或WiFi无线传输方式,所述有线通信方式为光纤通信或以太网通信方式。
本发明还提供了一种用于共享教育的给水管网远程实验方法,包括以下步骤:
S1.学生注册并登录用户终端,用户终端与管理服务器建立链接,管理服务器验证用户名和密码正确后,向用户终端发送当前各给水管网综合实验装置的使用状态;
S2.用户终端显示给水管网综合实验装置的使用状态,学生选择空闲的给水管网综合实验装置,管理服务器接收学生通过用户终端发送的选择信息,并向相应的给水管网综合实验装置发送指令,给水管网综合实验装置的工控机收到指令后通过管理服务器向用户终端发送实验设备准备就绪信息;
S3.用户终端显示实验页面,学生按实验流程通过实验页面输入实验控制信息,并通过管理服务器处理后转发到给水管网综合实验装置的工控机,工控机根据接收到的实验控制信息控制执行设备开展实验;
S4.工控机调用数据采集设备采集实验数据,调用图像采集设备获取实验现场情况的监控视频,并通过管理服务器向用户终端实时传送实验数据和监控视频,用户终端的实验页面显示实验数据和监控视频;
S5.学生完成实验后退出用户终端,管理服务器接收到用户终端转发送的退出指令后,断开与用户终端的链接,并通过给水管网综合实验装置的工控机将立体管网设备复位。
进一步的,所述方法还包括管理服务器存储学生通过用户终端发送的实验控制信息,以及给水管网综合实验装置发送的实验数据和监控视频。
进一步的,步骤S3所述用户终端显示实验页面具体包括:
用户终端显示实验类型选择界面,所述实验类型包括给水管网平差验证实验、泵与泵站实验、仪表与控制实验;
学生选择实验类型,用户终端显示对应的实验页面。
进一步的,所述实验页面包括实验操作控制页面、实验结果显示页面、实验状态监控视频页面,学生通过实验操作控制页面输入实验信息,在实验结果显示页面上查看实验数据,在实验状态监控视频页面查看监控视频。
本发明的有益效果是:采用“硬件设备实体-真实实验场景-远程操作面板”的模式,根据学生在用户终端输入的实验控制信息远程操作给水管网综合实验装置,开展所需的实验。学生通过网络可以随时随地进行实验,而不需要专门到固定的实验室进行实验,实现了网络异地教学,对学生的创新能力和综合能力的提高可起到很大的促进作用。同时,实验中产生的实验数据为远程实验装置产生的真实数据,而并非是软件模拟仿真数据,为学生提供了便利的同时也能调动学生做实验的积极性。另外,由于将实验硬件设置在远程实验设备上,对用户终端的硬件要求不高,学生可以在普通的电脑甚至是移动终端上完成实验。本发明实现了实验资源的社会共享,弥补了共享教育实践环节的不足,充分突现了共享教育的特色。
附图说明
图1为本发明所述用于共享教育的给水管网远程实验***的整体结构示意图。
图2为本发明所述用于共享教育的给水管网远程实验***的具体结构框图。
图3为本发明所述用于共享教育的给水管网远程实验方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,下面结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
具体实施例一
如图1所示,一种用于共享教育的给水管网远程实验***,包括M个给水管网综合实验装置、管理服务器、N个用户终端,所述M、N均为大于或等于1的整数。
如图2所示,所述给水管网综合实验装置包括立体管网设备、执行设备、数据采集设备、图像采集设备、工控机。
所述立体管网设备包括由多根由管件连接的给水管组成的双环管网,双环管网的两根或者给水管的连接处为模拟生活用水的用户节点,立体管网设备还包括模拟水源节点的低位水箱和模拟水塔节点的高位水箱,低位水箱和高位水箱分别接入双环管网。
所述执行设备包括电磁阀、变频水泵,所述电磁阀设置在立体管网设备的给水管上,所述变频水泵设置在低位水箱和双环管网之间。
所述数据采集设备包括设置在立体管网设备给水管或者节点上的电磁流量计、压力传感器,用以采集流量和压力的相关数据。
所述图像采集设备包括但不限于摄像机,所述摄像机固定于管网支架上,通过管网支架与所述工控机连接。由于学生远离实验装置,不能去现场观察设备的运行,远端学生可通过摄像机来观察需要观察的设备。
所述执行设备、数据采集设备、图像采集设备分别通过光纤通信或以太网通信等有线通信方式与工控机连接。
所述给水管网综合实验装置可同时开展给水管网平差验证实验、泵与泵站实验、仪表与控制实验等多项教学实验。实际应用中,该远程实验***中可以有多个给水管网综合实验装置,由管理服务器统一管理。
所述管理服务器包括处理模块、存储模块,所述存储模块与所述处理模块连接,所述处理模块与所述工控机通过蓝牙或2/3/4G运营商网络或WiFi无线传输等无线通信方式连接。
所述存储模块,用于存储学生通过所述用户终端发送的所述实验信息,以及对给水管网综合实验装置发送过来的实验数据和监控图像进行存储。
所述用户终端包括显示屏和操作设备,所述显示屏和操作设备分别通过无线通信方式与所述处理模块连接。所述操作设备包括鼠标、键盘或触摸屏等可输入信息的设备。
实际应用中,该远程实验***中可以同时容纳多个用户终端通过网络访问管理服务器,各个用户终端之间独立存在,不同学生在不同的用户终端上进行实验。用户终端可以为电脑客户端,也可以为手机等移动终端,具体形式不做限定。
具体实施例二
如图2所示,一种用于共享教育的给水管网远程实验方法,包括以下步骤:
(1)给水管网综合实验装置通过工控机将设备信息传输至管理服务器,管理服务器的数据库中存储各给水管网综合实验装置的设备信息,对分布在各地的给水管网综合实验装置进行集中统一管理。***管理员通过管理服务器设置网络参数,包括给水管网综合实验装置的通信秘钥、用户注册/登录/验证模块的配置、用户权限的设置。
学生注册并登录用户终端,用户终端与管理服务器建立链接,管理服务器验证用户名和密码正确后,向用户终端发送当前各给水管网综合实验装置的使用状态。
(2)用户终端显示给水管网综合实验装置的使用状态,学生选择空闲的给水管网综合实验装置,管理服务器接收学生通过用户终端发送的选择信息,向相应的给水管网综合实验装置发送指令,给水管网综合实验装置的工控机收到指令后检查实验装置,并通过管理服务器向用户终端发送实验装置准备就绪信息;
(3)用户终端显示实验类型选择界面,所述实验类型包括给水管网平差验证实验、泵与泵站实验、仪表与控制实验,该界面上有选择按钮,学生可选择其中一种实验类型,用户终端显示该实验类型对应的实验页面。
(4)用户终端显示实验操作控制页面,学生按实验流程通过实验操作控制页面输入实验控制信息以调节实验参数,通过用户终端转发给管理服务器。管理服务器的处理模块对实验控制信息进行处理,通过无线传输方式发送到给水管网综合实验装置的工控机,同时发送给存储模块进行存储。工控机根据接收到的实验控制信息控制电磁阀、变频水泵完成相应的实验操作步骤。
(5)工控机调用电磁流量计和压力传感器采集流量和压力等实验数据,并调用摄像机获取实验现场情况的监控视频,向管理服务器向实时传送实验数据和监控视频,管理服务器的处理模块对实验数据和监控视频进行处理,通过无线传输方式发送到用户终端,同时发送给存储模块进行存储。学生可在用户终端的实验结果显示页面查看实验数据,获悉流量的分配情况以及压力的变化情况,并在实验状态监控视频页面观测实验环境、实验现象或现场实验效果。
(6)学生完成实验后退出用户终端,管理服务器接收到用户终端发送的退出指令后,断开与用户终端的链接,并通过给水管网综合实验装置的工控机将立体管网设备复位。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种用于共享教育的给水管网远程实验***,包括至少一个给水管网综合实验装置、管理服务器、至少一个用户终端,
所述给水管网综合实验装置包括立体管网设备、执行设备、数据采集设备、图像采集设备、工控机,所述数据采集设备设置于立体管网设备上,所述执行设备、数据采集设备、图像采集设备分别通过有线通信方式与工控机连接;
所述管理服务器包括处理模块、存储模块,所述存储模块与所述处理模块连接,所述处理模块与所述工控机通过无线通信方式连接;
所述用户终端包括显示屏和操作设备,所述显示屏和操作设备分别通过无线通信方式与所述处理模块连接。
2.如权利要求1所述的用于共享教育的给水管网远程实验***,其特征在于:所述执行设备包括电磁阀、变频水泵。
3.如权利要求1所述的用于共享教育的给水管网远程实验***,其特征在于:所述数据采集设备包括设置在立体管网设备给水管或者节点上的电磁流量计、压力传感器。
4.如权利要求1所述的用于共享教育的给水管网远程实验***,其特征在于:所述图像采集设备为固定于管网支架上的摄像机,所述摄像机通过管网支架与所述工控机连接。
5.如权利要求1所述的用于共享教育的给水管网远程实验***,其特征在于:所述操作设备为鼠标、键盘、触摸屏。
6.如权利要求1所述的用于共享教育的给水管网远程实验***,其特征在于:所述无线通信方式为蓝牙或2/3/4G运营商网络或WiFi无线传输方式,所述有线通信方式为光纤通信或以太网通信方式。
7.一种用于共享教育的给水管网远程实验方法,包括以下步骤:
S1.学生注册并登录用户终端,用户终端与管理服务器建立链接,管理服务器验证用户名和密码正确后,向用户终端发送当前各给水管网综合实验装置的使用状态;
S2.用户终端显示给水管网综合实验装置的使用状态,学生选择空闲的给水管网综合实验装置,管理服务器接收学生通过用户终端发送的选择信息,并向相应的给水管网综合实验装置发送指令,给水管网综合实验装置的工控机收到指令后通过管理服务器向用户终端发送实验设备准备就绪信息;
S3.用户终端显示实验页面,学生按实验流程通过实验页面输入实验控制信息,并通过管理服务器处理后转发到给水管网综合实验装置的工控机,工控机根据接收到的实验控制信息控制执行设备开展实验;
S4.工控机调用数据采集设备采集实验数据,调用图像采集设备获取实验现场情况的监控视频,并通过管理服务器向用户终端实时传送实验数据和监控视频,用户终端的实验页面显示实验数据和监控视频;
S5.学生完成实验后退出用户终端,管理服务器接收到用户终端发送的退出指令后,断开与用户终端的链接,并通过给水管网综合实验装置的工控机将立体管网设备复位。
8.如权利要求7所述的用于共享教育的给水管网远程实验方法,其特征在于:所述方法还包括管理服务器存储学生通过用户终端发送的实验控制信息,以及给水管网综合实验装置发送的实验数据和监控视频。
9.如权利要求7所述的用于共享教育的给水管网远程实验方法,其特征在于:步骤S3所述用户终端显示实验页面具体包括:
用户终端显示实验类型选择界面,所述实验类型包括给水管网平差验证实验、泵与泵站实验、仪表与控制实验;
学生选择实验类型,用户终端显示对应的实验页面。
10.如权利要求7所述的用于共享教育的给水管网远程实验方法,其特征在于:所述实验页面包括实验操作控制页面、实验结果显示页面、实验状态监控视频页面,学生通过实验操作控制页面输入实验信息,在实验结果显示页面上查看实验数据,在实验状态监控视频页面查看监控视频。
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